新一代CINRAD/SB天气雷达伺服系统故障归类分析

2013-08-15王晓波

中低纬山地气象 2013年1期

徐晓，王晓波，张琳，杨旭

(1.贵州省毕节市气象局，贵州毕节 551700;2.湖南省怀化市气象局，湖南怀化 418000;3.湖南省永州市气象局，湖南永州 425000)

1 引言

永州雷达连续出现3次故障，总的表现为持续时间长，故障频繁，这个事情引起多方面的重视。故障的出现总的来说是汇流环原因，因汇流环的导电环短路、控制器未完全维修正常、炭刷接触不良存在跳点造成电压信号误判。各次故障具体如下。

①6月28日14时45分永州雷达出现天线座1、2号低压电源故障报警停机。报警序号330、331、332、333。综合柜(伺服柜)Q1 断开，FU3、FU5、FU10、FU11、FU12(保险)熔断，仰角伦茨控制器工作异常，红灯闪烁报警。方位伦茨控制器工作正常。

②RDASC退出天线掉至－2.2°死限位，在低仰角扫描时候出现仰角跳动现象，在0.5°扫描时下降到0.1°扫描，1.5°扫描时甚至出现负角度扫描。俯仰控制器报警灯(红灯)不间断闪烁。

③俯仰控制箱里发现异常响声，在不同的仰角运转，响声大小不同，但方位角在50°左右和130°左右响声最大。

2 原理分析及解决过程

2.1 伺服系统的工作原理

根据技术要求，伺服系统在电路上采用了3个环路的结构形式即:位置环、速度环和加速度环。

加速度环由前向通道Ga/S、1/JS和负反馈通道HS、HaS构成。通过与电机同轴的测速机，将系统输出速度转换成电压信号，再进行一次微分，然后送到加速度环的输入端，用加速度环的输入信号与之相减的差来控制此环路。速度环由前向通道Gr、加速度环和负反馈通道HS构成。通过与电机同轴的测速机，将系统输出速度转换成电压信号，然后送到速度环的输入端，用速度环的输入信号与之相减的差值来控制速度环路，使天线按给定的速度匀速转动。位置环由计算机、数模转换器D/A、K1、速度环和轴角编码器构成。通过轴角编码器将系统输出转角转换成数字电压信号，送到计算机，由计算机按相应控制算法计算后，将数据送至D/A，控制电机转动，直到输出角等于输入角即误差等于零时电机才停止转动。

2.2 第1次故障

经排查进线强电流正常，低压电源未坏，两Q到伦茨控制器之间线路正常。后离故障的真正起因更接近一步。

检查伦茨控制器，断开伦茨控制器的输入输出，测量控制器内部未发现明显的短路现象;然后对俯仰伦茨控制器和方位伦茨控制器进行隔离检查，断开方位伦茨控制器的输入输出，连通俯仰控制器输入，断开其输出，通电检查，结果发现其保险被烧断，并且Q1过流保护跳闸，判定俯仰控制器内部已部分击穿短路。给方位控制器用同样的方法上电，一切完好，方位控制器绿灯闪烁正常。得出初步结论:俯仰伦茨控制器损坏。进一步测量控制器U、V、W三相输出经汇流环到仰角电机的链路，发现都与地导通(很可能出现短路)，也就是说汇流环也有故障。最终结论:伦茨控制器和保险烧坏。

用表对汇流环测量发现4号碳刷与外壳连通及XS1的6号脚(制动器+24V返回)也是与地连通，因4号是传输高压的，其与地短路，导致伦茨控制器和保险烧坏，于是要求厂家更换汇流环及控制器。7月5日，更换控制器和汇流环后雷达正常考机24 h。但由于控制器的原因却给7月11日的故障埋下了隐患(因控制器是一个维修机，但没有完全维修好)。更换汇流环后，基本上每隔1 d出现一次“动态出错”或者是“天线停止”报警信息，而7月11日下午14点“动态出错”报警信息出现更频繁。

2.3 第2次故障

RDASC退出天线掉至－2.2°死限位，工作人员人工把天线推至6.0°左右，用RDASOT程序使其恢复到正常位置，正常运转至15时30分，又出现动态出错报警信息，再重新启动故障仍然频繁出现，该站机务员根据报警信息，把故障点定位于伺服系统的控制部分和汇流环，并针对汇流环，对碳刷的松紧度及其位置进行检查、清洗。再开机运行程序，正常运行2个体扫后同样出现动态出错报警信息，并强制待机，有时却不能PARK，天线掉至－2.2°。在低仰角扫描时候出现仰角跳动现象，在0.5°扫描时下降到0.1°扫描，1.5°扫描时甚至出现负角度扫描。俯仰控制器报警灯(红灯)不间断闪烁，怀疑是伦茨控制器故障，但由于检测设备和技术原因，无法明确是否是控制器故障。

15日，经合肥汇流环厂家技术人员对汇流环的绝缘度及炭刷的接触良好与否进行了仔细的检查，结果是均为良好，并未发现明显故障现象。7月17日，伺服技术人员用伦茨控制器检测模块查出是伦茨控制器的故障，其显示PI报警，必须更换控制器。19日更换控制器后，雷达20 h运转正常未出现任何相关报警。

2.4 第3次故障

21日晚发现天线出现异常响声，22日上午11时19分出现1次328#报警(仰角手轮啮合)导致强制待机，回到PARK位置，重新启动恢复正常运转;17时30分又出现321#报警(方位装载销啮合)不能PARK，用RDASOT运行，发现异常响声来自俯仰控制箱里，在不同的仰角运转，响声大小不同，但方位角在50°左右和130°左右响声最大。

经过1 d的排查判断为汇流环问题。用仪器检查汇流环后，发现4个环在天线转动过程中存在信号中断问题，分别是6号环、17号环、45号环、48号环。其中，6号环为制动器24V返回信号，17号环为电机旋变信号，其接触不良，导致角码处理器得不到连续正确的角码信号，显示负仰角跳变就有可能了。实际角是正确的，这两个信号环的接触不良直接导致天线在转动过程中俯仰电机产生剧烈震动，发出异响(制动信号的接触不良，等于给正在运转的天线一个短暂随机的制动阻力，电机当然“跳动”了)。而45号环为俯仰手轮信号，48号环为方位装载销的信号，这些接触不良的信号被DAU检测到，造成雷达系统报警。另外，还发现39号环存在跳点，该环为俯仰负终限位信号。26日运转一晚还算正常，27号早晨发现雷达转动时异响再次出现，再次检查发现汇流环5号和16号存在信号中断问题，导致俯仰电机在转动过程中发出异响。经维修、调节碳刷触点压力，雷达于27日中午基本恢复正常。